几种添加物作用下棉花籽和玉米芯的热解行为研究

发布时间：2020-05-25 12:45

【摘要】：本论文选用河北邢台棉花籽和山西临汾玉米芯作为实验原料利用纤维管式电阻炉进行热解实验，考察了添加剂作用下生物质的热解行为。通过扫描电镜、元素分析、灰分测定、红外分析、热重分析、1H NMR、程序升温脱附及气相色谱分析等手段对热解产物作了分析表征，初步揭示了热解反应的机理。主要结论如下： 1.添加氯化物和钙系物对生物质热解行为的影响（1）棉花籽和玉米芯单独热解过程中受温度、停留时间、气体流速的影响,热解产物收率的变化趋势基本相同；在实验考察的条件范围内，当温度为500℃，停留时间为30min，气体流速为100ml/min时，棉花籽和玉米芯热解所得液体油收率最高。（2）在棉花籽的热解过程中加入氯化物和Ca基添加物后研究发现除添加CoCl2外，添加其它氯化物均能提高液体油收率且添加碱土金属的效果要优于碱金属，而且加入CaCl2、BaCl2与ZnCl2时液体油收率提高更明显；在玉米芯的热解过程中加入CaCl2、BaCl2与ZnCl2发现同样能提高液体油收率。（3）在棉花籽和玉米芯热解过程中，低温段主要生成CO和CO2，中温段主要生成CH4，高温段主要生成H2。 2.复合添加剂对玉米芯产物分布的影响（1）热解温度为500℃，N2流速为200ml/min，停留时间为30min时，玉米芯中添加15%的各种矿物质后，与玉米芯单独热解相比较发现：加入γ-Al2O3与麦饭石（M）均能提高液体油收率，但是加入γ-Al2O3的催化效果要优于麦饭石（M），加入HZSM-5与电气石（T）时，液体油收率变化不明显。（2）当热解温度为500℃，N2流速为200ml/min，停留时间为30min，加入复合添加剂的量为15%时，在玉米芯的热解过程中加入CaCl2/γ-Al2O3对液体油收率没有协同作用；当CaCl2的负载量为10%时加入CaCl2/HZSM-5和CaCl2/M对液体油收率的协同作用较明显；加入CaCl2/T后液体油收率也有所提高。（3）当热解温度为500℃，N2流速为200ml/min，停留时间为30min，加入复合添加剂的量为15%时，在玉米芯的热解过程中分别加入BaCl2/M、CaCl2/M、ZnCl2/M后，发现BaCl2和CaCl2与麦饭石（M）对液体油收率有协同作用且氯化物的负载量为10%时，催化效果最明显，而ZnCl2与麦饭石（M）之间无明显的协同；加入Ni(NO3)2/M与Fe(NO3)3/M后，发现液体油收率降低，说明对液体油收率而言，这两种硝酸盐与麦饭石（M）之间无明显的协同作用。 3.热解产物的性质分析（1）在棉花籽热解过程中，除COCl2外，其它添加剂的加入均能使得热解所得残渣的红外峰增强，说明加入这些添加剂后，在一定程度上阻碍了棉花籽热解过程中烃类、醇类、醚及酯类物质的分解，使得热解所得的残渣中含有较多的有机化合物。（2）玉米芯的热解过程中，在所考察的温度范围内，脂肪氢的含量随着温度的升高，先降低后升高，500℃时液体油中脂肪氢的含量最低，600℃时液体油中脂肪氢的含量最高；芳香氢的含量500℃与300℃相等且都大于600℃时油中的芳香氢。（3）在玉米芯热解过程中加入氯化物后，脂肪氢、芳香氢的含量在下降，羟基氢的含量在升高；加入HZSM-5、M使得脂肪氢的含量升高，羟基氢的含量降低，而加入γ-Al2O3、T则使脂肪氢的含量降低，羟基氢的含量升高。加入氯化物/M后，热解油中各种氢的含量变化不大，而加入硝酸盐/M后，热解油中Hα的含量急剧升高，导致脂肪氢的含量也迅速升高。
【图文】：

示意图,生物质热解,过程,示意图

文献综述与选题度为 550℃时获得的生物油产率最高为 50%（w/w）。陈森【35】研究了生物质的和粒径及停留时间对生物油产率和品质的影响。张巍巍【36】等对稻草、松木屑，结果表明慢速热解虽然在产率上低于快速热解，但是得到的生物油品质却要得油。龙恩深【37】等以麦麸、谷壳、玉米粉、锯末为原料，研究了生物质种类条件等对生物油产率的影响。常胜【38】等选取了松木、玉米芯、稻草和蔗渣作用 GC /MS 考察了不同温度下获得生物油的成分。生物质热解机理质的热解原理是利用热能、在无氧或缺氧条件下，切断生物质大分子中的化学分子物质，，整个过程是复杂的化学过程，包含分子键断裂、异构化和小分子的

模型图,多步反应,模型,热解机理

们的热解机理、速率与途径各不相同【40】。木质素热解主要产生挥发分，下面将详细介绍生物质中这三种主要成分的热解机理【18】D-葡萄糖脱水形成糖苷，通过β-糖苷键连接而成的链状高分n 为聚合度。纤维素是生物质中存在最多的物质，约占生物质其它两种成分相比纤维素的结构最为简单，其热解行为在很因此深入了解纤维素热解机理对探究生物质的热解过程具有~375℃分解，随着热解温度的升高，纤维素受热分解，聚合理的研究比较深入，开展得相对较多，由最初的 Broido&Ne来广为人知的 Broido-Shafizadeh 模型（如图 1-3），简称 B-Sdeh 机理模型（如图 1-4），都清楚的反应了纤维素的热解过
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ511;TQ914

【参考文献】